青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(二级)及答案2025

青少年机器人技术等级考试理论综合试卷(二级)及答案2025一、单项选择题（每题2分，共30分）1.在ArduinoUNO板中，若将数字引脚3设置为INPUT_PULLUP，则该引脚在未外接任何元件时，用digitalRead(3)读取到的值为A.0B.1C.随机值D.高阻态答案：B解析：INPUT_PULLUP启用内部上拉电阻，悬空时电平被拉高，故读取为1。2.下列关于舵机控制的说法正确的是A.舵机角度由PWM占空比0%～100%线性对应0°～180°B.标准舵机使用50HzPWM，脉宽1.5ms对应90°C.舵机红线接GND、棕线接VCC即可正常工作D.舵机扭矩单位“kg”表示舵机质量答案：B解析：标准舵机周期20ms，1.5ms脉宽居中90°；A项线性描述错误；C项电源线序错误；D项“kg”为力矩单位，非质量。3.某红外巡线传感器输出为数字量，检测到黑线输出0，白底输出1。若小车向左偏离黑线，下列Arduino代码段能使其向右回正的是A.if(L==0&&R==1)motor(左前,右后)B.if(L==1&&R==0)motor(左后,右前)C.if(L==0&&R==1)motor(左后,右前)D.if(L==1&&R==1)motor(停止)答案：C解析：左传感器压线(L=0)说明车体左偏，应让左轮后退、右轮前进，即左后右前，使车头右摆回正。4.超声波模块HCSR04的Trig引脚功能为A.接收回波信号B.输出40kHz方波触发测距C.提供5V电源D.输出温度补偿数据答案：B解析：Trig接收≥10μs高电平后，模块自动发出8个40kHz脉冲并开始测距。5.在Mind+图形化编程环境中，要实时显示光线传感器数值，应使用的控件是A.按钮B.滑杆C.标签D.音频答案：C解析：标签可动态刷新显示变量值，滑杆用于输入而非输出。6.某同学用L298N驱动两台直流电机，发现电机只朝一个方向转，最不可能的原因是A.IN1、IN2同时接高电平B.ENA使能脚未接PWMC.电机电源电压低于5VD.代码中只写digitalWrite(IN1,HIGH)未切换答案：C解析：电压低会导致转速慢或不起动，但不会锁定单向旋转；A项制动状态；B项可能全速；D项单向输出。7.下列关于I²C总线的描述，错误的是A.SDA、SCL均需上拉电阻B.从机地址为7位时理论可挂接128个器件C.时钟拉伸由主机完成D.起始条件为SDA下降沿时SCL高电平答案：C解析：时钟拉伸由从机拉低SCL实现，主机被动等待。8.若ArduinoNano使用USB供电，此时Vin引脚电压约为A.0VB.5VC.7～12VD.与USB相同约5V答案：A解析：Nano的USB电源不经过Vin，Vin悬空时接近0V。9.在机器人步态规划中，“三足步态”相比“波浪步态”主要优势是A.关节数量少B.机体前进速度更快C.编程简单D.能耗更低答案：B解析：三足步态同时移动三条腿，占空比高，速度优于顺序移动的波浪步态。10.使用ESP32CAM实现图像识别时，最适合部署的轻量化模型是A.YOLOv8xB.MobileNetV2C.ResNet152D.GPT4答案：B解析：MobileNetV2参数量小，适合边缘端ESP32CAM运行。11.下列哪条指令可将8×8点阵屏第2行第5列点亮（左上角为0,0）A.lc.setRow(1,0b01000000)B.lc.setColumn(4,0x20)C.lc.setLed(1,4,true)D.lc.clear()答案：C解析：setLed(行,列,状态)直接定位，行、列均从0起算，第2行编号1，第5列编号4。12.当使用PID控制小车直行时，若KP过大，最可能出现的症状是A.小车缓慢蛇形B.小车振荡剧烈C.小车无法启动D.积分饱和答案：B解析：比例增益过大导致系统过冲，路径左右剧烈摇摆。13.在Python中，将列表a=[1,2,3]转为元组，正确写法是A.tuple(a)B.list(a)C.a.tuple()D.str(a)答案：A解析：tuple()为内置转换函数。14.机器人使用陀螺仪MPU6050获取角速度，其单位通常为A.°/sB.gC.m/s²D.rad答案：A解析：陀螺仪输出角速度，常用°/s或rad/s，MPU6050寄存器默认±250°/s量程。15.下列关于锂电池充放电的说法正确的是A.3S电池满电电压为11.1VB.2C放电表示电流为容量两倍C.过放保护电压一般为4.2V/串D.锂铁电池标称电压3.6V/串答案：B解析：C数=电流/容量，2C即2倍容量电流；3S满电12.6V；过放约3.0V；锂铁标称3.2V。二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）16.以下哪些传感器可直接输出数字量无需ADCA.霍尔开关B.红外对管TCRT5000（数字模式）C.光敏电阻模块（DO口）D.MPU6050加速度计答案：A、B、C解析：MPU6050通过I²C输出数字数据，但内部仍需ADC，题目问“传感器节点”输出形式，D项不符合“直接数字量”定义。17.关于舵机MG90S，下列说法正确的是A.工作电压4.8～6VB.堵转扭矩约1.8kg·cmC.采用PID内部控制D.可改连续旋转当电机用答案：A、B、D解析：小型舵机无内部PID，仅为位置反馈。18.使用Arduino中断时，可触发外部中断的引脚有A.D2B.D3C.D7D.D10答案：A、B解析：UNO只有D2、D3支持外部中断0、1。19.机器人底盘安装编码器可获得的信息包括A.轮子转速B.行驶距离C.机体绝对坐标D.电机转向答案：A、B、D解析：编码器为相对量，无法直接获绝对坐标。20.在MakeCode图形化环境中，能直接控制micro:bit无线通信的积木有A.radiosendnumberB.radiosetgroupC.bluetoothuartwriteD.radioonreceived答案：A、B、D解析：C项属于蓝牙UART，非radio广播。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）21.直流电机空载转速与电压成反比。答案：×解析：空载转速近似与电压成正比。22.采用积分分离算法可防止PID积分饱和。答案：√23.红外遥控器NEC协议中，地址码与地址反码相同表示错误帧。答案：×解析：地址与反码应互补，相同则校验失败。24.电容式触摸传感器可以通过玻璃面板检测到手指。答案：√25.在Arduino中，analogWrite(D7,128)可输出约490HzPWM。答案：×解析：D7非PWM引脚，无法输出。26.步进电机驱动器TB6600的M0、M1、M2用于设置细分数。答案：√27.机器人采用阿克曼转向时，内侧轮与外侧轮转角相等。答案：×解析：需满足Ackerman几何，内侧转角更大。28.锂电池串联可提高容量。答案：×解析：串联提高电压，并联提高容量。29.使用OpenCV的cv2.line()函数可绘制抗锯齿直线。答案：√解析：传入lineType=cv2.LINE_AA即可。30.在Python中，字典的键必须是不可变类型。答案：√四、填空题（每空2分，共20分）31.超声波测距公式：距离(cm)=________(μs)/58答案：回波时间32.标准舵机PWM周期20ms，则频率为________Hz。答案：5033.I²C总线最大理论电容负载为________pF。答案：40034.若直流电机额定12V、0.5A，则额定功率为________W。答案：635.某编码器每转输出20个脉冲，轮子直径60mm，则每脉冲对应位移约________mm（π取3.14）。答案：9.42解析：周长=3.14×60=188.4mm，188.4/20=9.42mm。36.在Python中，将字符串s="123"转为整数的函数为________。答案：int()37.锂电池1S最低安全电压为________V。答案：3.038.ESP32芯片内置________位双核Xtensa处理器。答案：3239.机器人三自由度机械臂常用________法进行正运动学解算。答案：DH（DenavitHartenberg）40.在ArduinoIDE中，用于包含库文件的预处理指令为________。答案：include五、简答题（每题6分，共18分）41.简述PID控制器中积分环节的作用及可能带来的副作用。答案：积分环节对误差随时间进行累积，可消除稳态误差，提高系统精度；但积分饱和及积分滞后会导致超调、振荡甚至系统不稳定。采用积分分离、抗积分饱和算法可缓解。42.说明利用MPU6050内置DMP输出四元数相对于原始加速度、角速度的优势。答案：DMP（DigitalMotionProcessor）内部融合加速度计、陀螺仪数据，直接输出四元数，减轻主控运算负担，降低漂移，提高姿态精度，且避免主控进行复杂滤波算法。43.列举两种实现小车原地旋转的方法，并比较其优缺点。答案：1.差速法：两车轮等速反向，结构简单，但要求轮胎与地面摩擦系数高，易打滑。2.麦克纳姆轮全向法：四个斜辊轮组合，无需打滑即可旋转，成本高、辊轮易磨损。六、计算与编程题（共27分）44.（9分）某小车左右轮直径65mm，减速比1:30，电机轴编码器每转11脉冲。若目标速度0.3m/s，求：(1)车轮转速(rpm)；(2)电机轴转速(rpm)；(3)单片机需产生的脉冲频率(Hz)。答案：(1)周长=π×0.065≈0.204m，转速=0.3/0.204≈1.47rps=88.2rpm(2)电机轴=88.2×30=2646rpm(3)2646rpm=44.1rps，脉冲频率=44.1×11=485.1Hz45.（10分）阅读下列Arduino程序并回答问题：```cppconstinttrig=8,echo=9,buzzer=10;longduration,dist;voidsetup(){pinMode(trig,OUTPUT);pinMode(echo,INPUT);pinMode(buzzer,OUTPUT);Serial.begin(9600);}voidloop(){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);duration=pulseIn(echo,HIGH);dist=duration0.034/2;if(dist<50){tone(buzzer,1000,200);delay(200);}Serial.println(dist);delay(100);}```(1)当障碍物距离小于多少cm时蜂鸣器报警？(2)若pulseIn超时未收到回波，返回值是多少？此时Serial打印值约为多少？(3)指出程序中可能导致测距误差的两个因素，并给出改进方法。答案：(1)50cm(2)0，打印0(3)因素：1.pulseIn默认超时1秒，若提前返回0导致误算；2.缺乏温度补偿，声速固定0.034cm/μs。改进：1.使用pulseIn(echo,HIGH,30000)限定30ms超时；2.加入DHT22读取温度，按v=331.3+0.6T修正声速。46.（8分）Python实现：列表a=[3,1,4,1,5,9,2,6]，编写函数返回第二大的唯一值。答案：```pythondefsecond_large(lst):unique=list(set(lst))unique.sort()returnunique[2]print(second_large([3,1,4,1,5,9,2,6]))输出6```解析：先去重再排序，取倒数第二即可。七、综合设计题（20分）47.设计一台基于Arduino的“智能送药小车”，要求：1.能在病房A、B、C三点间循迹往返；2.检测到病人手势（红外对管阵列）后停车并语音“请取药”；3.具备避障功能，前方20cm内有障碍即停车；4.到达目标点后亮绿色LED提示，超时30s自动返回。任务：(1)画出系统结构框图（文字描述即可）；(2)列出所需传感器与执行器；(3)给出主程序流程图（文字描述）；(4)编写核心Arduino代码片段（含注释）。答案：(1)结构：ArduinoUNO为核心，连接红外巡线模块×3、超声波HCSR04、红外手势阵列×5、DFPlayerMini语音模块、L298N电机驱动、绿LED、降压模块供电。(2)传感器：巡线TCRT5000×3、超声波×1、红外对管×5；执行器：直流减速电机×2、绿LED×1、喇叭×1。(3)流程：①初始化各模块；②循迹前进，超声波实时测距<20cm则停车并蜂鸣；③检测到某一路手势电平变化>3路，停车；④播放语音，点亮LED，计时30s；⑤超时关闭LED，掉头循迹返回起点；⑥循环等待下一次任务。(4)核心代码：```cppinclude<SoftwareSerial.h>SoftwareSerialmySerial(2,3);//RX,TXtoDFPlayerinttrig=8,echo=9;intIRleft=A0,IRmid=A1,IRright=A2;intgesture[5]={A3,A4,A5,0,1};//假设扩展intIN1=4,IN2=5,IN3=6,IN4=7,ENA=9,ENB=10;intgreenLED=13;unsignedlongstartTime;voidsetup(){mySerial.begin(9600);for(inti=0;i<5;i++)pinMode(gesture[i],INPUT);pinMode(greenLED,OUTPUT);//电机、超声、巡线初始化略}boolobstacle(){longd=pulseIn(echo,HIGH)0.034/2;returnd<20&&d>0;}booldetectGesture(){intcnt=0;for(inti=0;i<5;i++)if(digitalRead(gesture[i])==LOW)c